多孔介质中的多相流体流动广泛存在于自然界及诸多工程领域,如强化采油、燃料电池研制、地下水污染的监测及治理等,而孔隙介质中的液滴动力学是上述领域中涉及到的关键问题。尽管目前人们对这类问题已有深刻的理解,但由于多相流体系的微观输运过程通常极其复杂,如需要考虑界面的产生、合并、变形和运动及流固间的相互作用等,极大地限制了人们对其内部规律和机理的认识。对于这类问题的研究,当采用传统数值方法模拟时会存在边界处理复杂、计算量大和并行效率低等缺点。格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)作为一种模拟复杂流动的有效算法,由于其微观本质和介观特性,可以方便地描述不同相间的相互作用,已被证实在模拟多相流体流动方面具有常规方法难以比拟的优势。目前,LBM研究孔隙介质中液滴行为的工作较少,仍有很多基础问题尚未得到系统解决,如考虑孔隙介质中的非均质性及液滴穿过固体骨架的变形、破裂等问题。本文正是基于这样的工程背景和研究现状,采用多相LBM方法,开展孔隙介质中液滴动力学研究,揭示其流动和传输机理。本论文具体研究了下面三个相关问题：(1)液滴在粗糙壁面上受剪切作用的动力学行为研究。分析了毛细数、壁面润湿性、壁面粗糙的单元高度及间距对液滴动力学行为的影响。主要研究成果包括：首先,毛细数和壁面润湿性对液滴变形产生重要影响,变形程度随毛细数的增大而增大；液滴最终都能完全浸润亲水壁面上的粗糙单元,而对于中性润湿和疏水壁面,液滴会发生部分浸润；驱替粗糙壁面上液滴的临界毛细数(Cac)随着接触角的增加而减小。其次,根据粘附在粗糙壁面上的三相接触线的滑动顺序将液滴的运动划分为三个区域：液滴上下游的三相接触线保持不动、仅有一侧接触线滑动及两侧接触线均滑动。值得注意的是,液滴在亲水和中性润湿壁面上的接触线优先滑动的方向相反。最后,发现壁面粗糙单元的高度及间距影响液滴在粗糙壁面上的润湿长度和浸润深度,进而会导致驱替液滴的Cac不同。(2)微管道中液滴在重力作用下绕过单个圆柱障碍物的动力学行为研究。讨论了偏心率、粘性比、壁面润湿性和邦德数对液滴变形、破裂的影响机制。研究结果表明：偏心率影响液滴穿过圆柱的方式和子液滴尺寸,且存在一个临界偏心率(βc),当偏心率大于βc时,液滴能够完整绕过圆柱,当偏心率低于βc时,液滴绕过圆柱时会发生破裂；粘性比影响液滴的破碎位置、子液滴形状和数目、圆柱上方的液膜沉积及液滴绕过圆柱的时间tp；壁面润湿性影响残留液滴在圆柱表面的分布和βc,βc。随接触角的减小而增大,也即是当亲水性增强时,需要更大的孔隙才能使液滴完整通过；邦德数对tp和βc有重要影响,tp随着邦德数的增加而减小,βc随着邦德数的增加而增大。(3)作为上述工作的延续,本文又研究了液滴穿过两列圆柱障碍物及多个圆柱填充的多孔介质的动力学行为,得出如下结论：一方面,对于液滴穿过两列圆柱的问题,发现粘性比(入)影响液滴的穿行及破裂状态：当入>1时,液滴破裂为多个小液滴,反之,液滴则以细长液柱完整通过；润湿性影响液滴穿行的路径：高粘液滴在亲水条件下紧绕两列圆柱纵向间隙下降,低粘液滴在疏水和亲水条件下均沿圆柱横向间隙下降,但后者与圆柱接触位置会发生液滴的粘附和破裂,增加驱替难度；邦德数影响液滴的穿行速度和破裂状态：当入>1时,增大邦德数不仅会加速液滴穿行,还会加剧液滴破裂；而对于λ<1,邦德数的变化对液滴的动力学行为的影响较小。另一方面,对于液滴穿过圆柱填充的多孔介质问题,发现λ影响液滴穿过圆柱的纵向下降速度和横向最大铺展长度。在同一邦德数作用下,高粘液滴的下降长度大于低粘液滴,水平铺展长度则相反；壁面润湿性和邦德数影响液滴是聚拢穿行还是分散移动；孔隙尺寸和分布影响液滴在多孔介质中的移动区域及迁移时间。总之,本文采用多相格子Boltzmann方法对液滴在多孔介质中的动力学行为进行了数值模拟,研究了粗糙微管道中液滴受剪切作用的动力学行为和液滴绕过单个圆柱障碍物的变形、破裂问题。在此基础上,通过大量数值实验研究了液滴穿过两列圆柱和由多个圆柱填充的多孔介质的流动问题,分析了液滴变形、破裂及迁移过程随各个参数变化的规律及物理机制,并发现了一些新的物理现象。本论文工作为后续深入了解液滴在多孔介质中的传输机理奠定了必要的基础。